《土木工程测量》 教案全套 程扬 第1-15章 绪论、水准测量 -变形监测

土木工程测量课程教案课程名称：土木工程测量课程号：课程学分：2参考学时：32课程性质：专业必修课适用专业：土木工程类专业上课时间：授课教师：负责人：审核单位：年月日一、课程基本信息课程名称土木工程测量课程号课程性质专业必修课开课部门课程负责人课程团队授课学期学分/学时2/32授课语言汉语先修课程土木工程测量课程简介本课程作为城市轨道交通技术专业必修的专业基础课，是城市轨道交通技术专业人才培养过程中重要的一环，为后续专业课的学习做铺垫，让学生更好在工程的规划设计、施工、竣工和运营管理等阶段所进行的测量工作，以及在工程建设中发挥更好的管理作用。课程内容主要包括地形图相关概念，控制测量的定义、分类、作用与实施，地形图碎部测量方法，地形图绘图、整饰及应用，施工测量的含义、特点及实施，全站仪坐标测量及坐标放样的原理及操作过程，建筑工程测量相关知识，建筑纵横断面测量，桥梁与地下工程测量相关内容，变形监测的相关概念，沉降监测和水平位移监测的方法及操作过程等。课程主要目标掌握控制测量和地形图碎部的测量的含义与实施过程，掌握施工测量的含义与实施过程，掌握变形监测的含义及沉降监测和水平位移监测的方法及操作过程。通过该课程的学习能够让同学们更好的体会土木工程测量在工程建设中的作用，具有更强的实践操作能力、学习能力、团体协作能力和独立解决事情的能力，拥有大国工匠精神以及更强的责任感。授课班级课程授课教案第1章，共15章讲课主题绪论学时2学时教学目标通过本章的学习，学生应理解土木工程测量学的概念、任务与作用，掌握地面点位的表示方法、我国常用的测量坐标系统和高程基准，了解测量工作的基本内容、基本原则和基本要求，了解水平面代替水准面的限度及常用的计量单位。教学重点、难点本章的主要内容包括测量学的基本概念、发展简史、学科分类，土木工程测量学的概念、任务与作用,测量工作的基准，地面点位的表示方法，水平面代替水准面的限度，测量工作的基本内容、基本原则和基本要求以及常用的计量单位。本章的教学重点为测量工作的基准及地面点位的表示方法，教学难点为高斯-克吕格投影。本章的主要内容包括测量学的基本概念、发展简史、学科分类，土木工程测量学的概念、任务与作用，测量工作的基准，地面点位的表示方法，水平面代替水准面的限度，测量工作的基本内容、基本原则和基本要求以及常用的计量单位。本章的教学重点为测量工作的基准及地面点位的表示方法，教学难点为高斯-克吕格投影。教学设计授课提纲及重难点分析教学方法及课程思政设计教学时间1.1测量学概述测量学的应用范围非常广泛，测量工作常被人们称为建设的尖兵工作，这是由于不论是文化教育和科学研究，还是国民经济建设和国防建设，都十分需要测量工作。随着社会的不断进步和科学技术的日益发展，人们在日常生活和工作中也越来越离不开测量工作，测量工作在各行各业中发挥着巨大的作用。下面让我们来一起了解测量学的相关知识。1.1.1基本概念1.测量学测量学（也称测绘学）是研究地球的形状和大小以及确定地球近地空间（包括空中、地表、地下和海洋）点位的学科，它通过一定的测量技术采集地球近地空间的点位信息，并对这些点位信息进行处理、存储、管理和应用。2.土木工程测量学土木工程测量学是研究在土木工程建设的规划、设计、施工、竣工和运营管理各阶段中所需测量工作的理论和技术的学科，是工程测量学的重要组成部分。本书重点介绍土木工程建设中涉及的测量工作。1.1.2发展简史测量学有着悠久的历史。古代的测量技术起源于水利和农业。古埃及尼罗河每年洪水泛滥，都会淹没土地界线，洪水退去以后需要重新划界，从而开始了测量工作。公元前2世纪，司马迁在《史记.夏本纪》中叙述了馬受命治理洪水的情况：“左准绳，右规矩，载四时，以开九州、通九道、跛九泽、度九山。”说明在公元前很久，中国人为了治水，已经会使用简单的测量工具了。1.1.3发展简史测量学按其研究的范围、对象及采用的技术的不同，可分为大地测量学、摄影测量学、工程测量学、海洋测量学及地图制图学等多个分支学科。本书主要介绍土木工程建设各个阶段所进行的测量工作（简称土木工程测量），属于工程测量学范畴。1.大地测量学大地测量学是研究和测定地球形状、大小和地球重力场，以及测定地面点几何位置的学科。2.摄影测量学摄影测量学是研究利用摄影或遥感的手段获取被测物体的信息（影像的或数字式的），从几何和物理方面进行分析和处理，以确定被测物体的形状、大小和位置，并判断其性质的一门学科。3.工程测量学工程测量学是研究在工程建设的设计、施工和管理各阶段中进行的测量工作的理论、技术和方法的学科，又称实用测量学或应用测量学。它是测量学在国民经济和国防建设中的直接应用。4.海洋测量学海洋测量学是研究以海洋水体和海底为对象所进行的测量和海图编制工作的学科，主要包括海道测量、海洋大地测量、海底地形测量、海洋专题测量，以及航海图、海底地形图、各种海洋专题图和海洋图集等的编制。5.地图制图学地图制图学是研究地图编制及其应用的一门学科。它研究用地图图形反映自然界和人类社会各种现象的空间分布、相互联系及动态变化，具有区域性学科和技术性学科的两重性，亦称地图学。1.1.4土木工程测量学的任务土木工程测量学属于工程测量学的范畴，它主要面向土木建筑、环境、道路、桥梁、水利等学科，其主要任务如下：（1）研究测绘地形图的理论和方法。（2）研究地形图在规划、设计中的应用方法。地形图的应用十分广泛，在土木工程建设过程中，常常遇到区域规划、道路选线、场地平整等问题，土木工程测量学将对其中的主要问题进行研究讨论。（3）研究建筑物施工放样、质量检验的技术和方法。施工放样是施工测量的主要工作，它的主要任务是将设计好的建筑物位置在实地上标定出来。另外，在施工过程中，为保证工程的施工质量，必须对施工结果分阶段进行检查验收。（4）研究变形监测的基本理论和方法。在土木工程施工过程中或竣工后，为确保工程的安全，应进行工程的变形监测。土木工程测量学重点介绍变形监测的原理和方法。1.1.5土木工程测量学的作用在建筑工程、线路工程、桥梁工程、地下工程等土木工程建设过程中，工程勘测、规划、设计、施工、竣工和运营管理各阶段都离不开测量工作，即测量工作贯穿整个土木工程建设过程。在土木工程建设的工程勘测、规划、设计阶段，不同比例尺的数字地形图或相关地理信息系统（GIS）用于城镇规划设计、道路选线以及竖向设计等，以保证规划布局的科学合理、选址得当，设计成果精确、可靠。15min1.2测量学概述测量学（无论是测定还是测设）的基本问题是确定点位。点位包括点的平面位置和空间位置，而点位是相对而言的，必须用坐标来表示。例如，点的平面位置可以用平面直角坐标（x，y）来表示，点的空间位置可以用空间坐标（x，y，H）来表示。那么坐标系统怎样建立？坐标值怎样确定？要建立坐标系统，就必须有参照面（线），那么以什么样的面（线）作为基准面（线）最为合适？这些都是测量学首先要解决的问题。1.2.1地球的形状和大小测量工作是在地球的自然表面上进行的，所以需要了解地球的形状和大小。对地球形状的研究是大地测量学和固体地球物理学的一个共同课题，其目的是运用几何方法、重力方法和空间技术，确定地球的形状、大小，地面点的位置和重力场的精细结构。地球的自然表面高低起伏，是一个复杂的不规则曲面，即地球的自然表面是极不平坦和不规则的，其中有高达8844.86m的珠穆朗玛峰，也有深至11034m的马里亚纳海沟，不过虽然它们高低起伏悬殊，但它们的高度（深度）与地球的平均半径（约为6371km）相比，还是可以忽略不计的。此外，测量工作的基准线和基准面的选定、坐标系的建立直接与地球的形状、大小有关。通常情况下，地球的形状可近似视为由海水面包围着的球体（因为地球表面海洋面积约占71%，陆地面积约占29%）。1.2.2测量工作的基准线和基准面1.基准线和基准面地表起伏相对于庞大的地球来说是微不足道的。由于地球表面大部分是海洋，所以海水所包围的形体基本表示了地球的形状。2.参考椭球体及其几何参数地球内部质量分布不均匀引起铅垂线方向变化，使大地水准面成为一个复杂而不宜用数学函数表达的曲面，导致进行地形制图或测量计算等工作特别困难。3.我国建立的大地坐标系及其采用的参考椭球体参数（1）1954北京坐标系：将我国大地控制网与苏联1942普尔科沃大地坐标系相联结建立的我国过渡性大地坐标系，采用苏联克拉索夫斯基参考椭球体参数。（2）1980西安坐标系：大地原点设在陕西省泾阳县永乐镇并采用多点定位所建立的大地坐标系，采用国际大地测量学与地球物理学联合会（IUGG）1979年推荐的参考椭球体参数。（3）2000国家大地坐标系（CGCS2000）：我国建立的高精度、地心、动态、实用、统一的大地坐标系，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心，2008年7月1日建立完成，过渡期为10年，于2018年7月1日正式启用，采用改进后的WGS-84参考椭球体参数。10min1.3地面点位的表示方法测量工作的核心问题是确定地面点的空间位置。地面点的空间位置通常以该点的平面坐标（x，y）和高程（H）表示。因此，必须了解测量的坐标系统和高程系统。现代几何测量的思路是：确定基准面和基准线后，以基准面和基准线为基础建立统一的坐标系统和高程系统，然后采用一定的测量技术获取地面点间的相对关系（角度、距离、高差等），并投影到基准面上，在坐标系统（或高程系统）中计算出地面点的平面坐标（或高程）。1.3.1地面点的高程1.高程的概念地面点的高程是指该点沿基准线（铅垂线）到基准面的距离。由于基准面不同，高程有所不同。测量常用的高程基准面有大地水准面和假定水准面，其相应的高程分别称为绝对高程（海拔）和假定高程。1）绝对高程（海拔）绝对高程是指地面点沿铅垂线到大地水准面的距离，也称为海拔，用H表示，如图1-3所示。2）假定高程在个别测区远离国家高程点或不影响工程的情况下，也可以指定任一个水准面作为高程基准面，这个水准面称为假定水准面。2.高差的概念地面上两点间的高程之差称为高差，常用h表示。1.3.2地面点的坐标坐标系统用来确定地面点在地球椭球面上或投影在水平面上的位置。由于基准面和基准线的选取和应用场合不同，因此地面点的坐标有地理坐标、高斯平面直角坐标、独立平面直角坐标等不同的表达方式。地理坐标地理坐标是用经度、纬度表示地面点在基准面上投影点位置的球面坐标。因采用的基准面和基准线不同，地理坐标又分为天文地理坐标和大地地理坐标。2.高斯平面直角坐标地理坐标是大地测量的基本坐标，可确定地面点在大地水准面或参考椭球面上的位置，常用于大地测量问题的解算，但若将其直接用于工程建设的规划、设计、施工，则很不方便。1）高斯-克吕格投影的几何概念2）高斯平面直角坐标系的建立3.独立平面直角坐标当测量范围较小时，可以把测区球面看作平面，直接将地面点沿铅垂线方向投影到水平面上，用平面直角坐标来表示该地面点的投影位置。在实际测量中，平面直角坐标系的原点一般选在测区西南角以外，工轴为该测区中央子午线（真子午线或磁子午线），北向为正，y轴与x轴正交，东向为正，这样就可以保证测区内所有点的坐标均为正值，由此建立该测区的独立平面直角坐标系。4.我国常用的大地坐标系统20世纪50年代之前，一个国家或一个地区都是在使所选择的参考椭球面与其所在国家或地区的大地水准面最佳拟合的条件下，按弧度测量方法来建立各自的局部大地坐标系的。由于当时除海洋上只有稀疏的重力测量外，大地测量工作只能在各大陆上进行，而各大陆的局部大地坐标系间几乎没有联系。不过在当时的科学发展水平上，局部大地坐标系已能基本满足各国大地测量和制图工作的要求。15min1.4水平面代替水准面的限度在1.3节中讲述的坐标系统是将大地水准面近似看成参考椭球面，将地面点投影到水准面上，确定地面点的位置。在实际测量，特别是工程测量中，测区范围较小或者工程对测量精度要求较低时，为了简化投影、方便计算，常将大地水准面视为水平面，直接将地面点沿铅垂线投影到水平面上，进行几何计算或制图工作。1.4.1对水平距离的影响在地球表面上有一个小测区,如图1-10所示。1.4.2对高程的影响如图1-10所示，用水平面代替水准面时，产生的高程误差Δh称为地球曲率影响。在直角三角形。1.4.3对水平角的影响根据球面三角学原理，球面上多边形内角之和比平面上多边形内角之和大一个球面角超值ε。15min1.5测量工作的基本内容、基本原则和基本要求至此已经介绍了一些与测量相关的基本知识，那么从事测量工作时，基本内容包含哪些？为确保测量工作的顺利进行和成果质量，需要遵守哪些测量工作的基本原则和基本要求？下面对此进行简要阐述。1.5.1测量工作的基市内容控制测量、碎部测量及施工放样等的实质都是确定地面点的位置。控制测量和碎部测量的本质是测定，施工放样的本质是测设。无论是测定还是测设，测量过程中的地面点间的相对位置关系，都是以水平角、水平距离和高程来确定的。所以，习惯将水平角、水平距离和高程称为测量三要素。因此，测量工作的基本内容就是角度测量、距离测量和高程测量。测量工作的基本内容也是工程技术人员必须掌握的基本技能。1.5.2测量工作的基市原则为了使测量成果统一在同一个坐标系统（高程系统），减少误差累积，应先在测区内选择若干具有控制意义的点，采用全球卫星定位技术或几何测量技术确定这些点的坐标（高程）（即控制测量，所确定的点称为控制点），再以控制点为依据进行地物、地貌测量（即碎部测量，所测量的点称为碎部点）。控制点的测量精度高，在测量过程中起着控制误差积累的作用。测量过程中要严格进行检核工作，及时检核每项测量成果，保证前一步工作无误，方可进行下一步工作，以保证测量成果的正确性。因此，在实际测量中，测量工作的基本原则可以总结为测量方案设计和布局遵循“从整体到局部”、测量工作程序和步骤遵循“先控制后碎（细）部”、测量数据采集设备和数据精度遵循“先高级后低级”、测量工作的过程中要做到“步步有检核”。1.5.3测量工作的基市要求测量工作的基本要求有：从事测量工作势必要与测量仪器、数据经常接触，无论从事外业测量工作还是内业数据处理工作，都应本着严谨和认真的工作态度，保证测量成果的真实性、客观性和原始性；应爱护测量仪器与工具，特别是精密测量仪器，按照相关规定定期检测和保养测量仪器；应按照《测绘法》及其他法律规程和相关规定对一定测量成果进行保密。15min1.6常用的计量单位至此已经介绍了一些与测量相关的基本知识，那么从事测量工作时，基本内容包含哪些？为确保测量工作的顺利进行和成果质量，需要遵守哪些测量工作的基本原则和基本要求？下面对此进行简要阐述。1.长度单位常用的长度单位之间的换算关系为1km—1000m，1m—10dm—100cm—1000mm2.面积单位面积单位是m2，大面积则用公顷或km2表示，在农业上常用亩作为面积单位。常用的面积单位之间的换算关系为1公顷—10000m2—15亩1km2—100公顷—1500亩1亩—666.67m23.体积单位体积单位为m3，在工程上简称“立方”或“方”。4.角度单位（1）角度制:1圆周=360。，1°=60’，1’=60”（2）弧度制:弧长等于圆半径的圆弧所对的圆心角，称为一个弧度，用P表示。弧度制与角度制之间的换算关系为1圆周角—2π1弧度—180/π—57.3。—3438,—206265”15min重难点知识的重述和巩固5min土木工程测量课程教案课程名称：土木工程测量课程号：课程学分：2参考学时：32课程性质：专业必修课适用专业：土木工程类专业上课时间：授课教师：负责人：审核单位：年月日一、课程基本信息课程名称土木工程测量课程号课程性质专业必修课开课部门课程负责人课程团队授课学期学分/学时2/32授课语言汉语先修课程土木工程测量课程简介本课程作为城市轨道交通技术专业必修的专业基础课，是城市轨道交通技术专业人才培养过程中重要的一环，为后续专业课的学习做铺垫，让学生更好在工程的规划设计、施工、竣工和运营管理等阶段所进行的测量工作，以及在工程建设中发挥更好的管理作用。课程内容主要包括地形图相关概念，控制测量的定义、分类、作用与实施，地形图碎部测量方法，地形图绘图、整饰及应用，施工测量的含义、特点及实施，全站仪坐标测量及坐标放样的原理及操作过程，建筑工程测量相关知识，建筑纵横断面测量，桥梁与地下工程测量相关内容，变形监测的相关概念，沉降监测和水平位移监测的方法及操作过程等。课程主要目标掌握控制测量和地形图碎部的测量的含义与实施过程，掌握施工测量的含义与实施过程，掌握变形监测的含义及沉降监测和水平位移监测的方法及操作过程。通过该课程的学习能够让同学们更好的体会土木工程测量在工程建设中的作用，具有更强的实践操作能力、学习能力、团体协作能力和独立解决事情的能力，拥有大国工匠精神以及更强的责任感。授课班级课程授课教案第2章，共15章讲课主题水准测量学时2学时教学目标通过本章的学习，学生应理解水准测量的原理，掌握水准仪的构造与操作、水准测量外业实施和内业计算的方法，了解水准仪的检验与校正、水准测量的误差分析及电子水准仪。教学重点、难点本章的主要内容包括水准测量的原理、准仪的构造和操作、水准测量的外业实施、水准测量的内业计算、水准仪的检验与校正、水准测量的误差分析及电子水准仪的相关介绍。本章的教学重点为水准测量的原理、水准测量的外业实施及水准测量的内业计算，教学难点为水准测量的内业计算、水准仪的检验与校正及水准测量的误差分析。教学设计授课提纲及重难点分析教学方法及课程思政设计教学时间2.1水准测量的原理准测量的主要目的是通过已知点的高程确定未知点的高程,但不是直接测定,而是通过测定已知点和未知点之间的高差来推算未知点的高程。水准测量是指在两个点分别竖立水准尺,利用水准仪提供的水平视线来读取水准尺上的读数,求得两点之间的高差,从而由已知点的高程推算出未知点的高程。10min2.2水准仪及其操作测量高差的仪器主要有水准仪、全站仪等，但由于水准仪设备构造较为简单，操作简便，精度更高，因此测量高差主要采用水准仪。目前，工程测量常用的水准仪有微倾水准仪、自动安平水准仪、电子（数字）水准仪等，辅助工具有水准尺和尺垫。其中，自动安平水准仪和电子（数字）水准仪使用较为频繁，而微倾水准仪已基本被淘汰。但为了解最基本的水准仪构造，本节先对微倾水准仪进行介绍，接着介绍自动安平水准仪，后续再介绍电子水准仪。无论哪一种水准仪，其测量高差的原理是一样的。2.2.1DS3型微倾水准仪的构造图2-3为DS3型微倾水准仪，它主要由基座、望远镜和水准器三部分组成。1.基座基座的作用是支撑仪器的上部，并通过连接螺旋使仪器与三脚架相连。它包括轴座、脚螺旋、三角形底板等。基座的三个脚螺旋用于调节仪器水准管气泡，是仪器的常用部件。基座不是水准仪独有的，几乎所有需要调平的测量仪器都有基座，其结构、作用和操作方法基本相同。2.望远镜望远镜是用来精确照准远处目标（标尺）和提供水平视线进行读数的设备，主要由物镜、调焦透镜、十字丝分划板、目镜四部分构成。3.水准器水准器是水准仪上的重要部件，它是一种利用液体受重力作用后使气泡居于最高处的特性，指示水准器的水准轴位于水平或竖直位置的装置，可使水准仪获得一条水平视线。水准器分为管水准器和圆水准器两种。2.2.2水准尺、尺垫和三脚架水准尺是水准测量时使用的标尺，其质量的好坏直接影响水准测量的精度，因此水准尺是用不易变形且干燥的优良木材或玻璃钢制成的，要求尺长稳定，刻划准确，长度从2m至5m不等。根据构造不同，常用的水准尺可分为直尺（整体尺）和塔尺两种，如图2-8（a）所示。直尺中又有单面分划尺和双面（红黑面）分划尺。水准尺尺面每隔1cm涂有黑白或红白相间的分格，每分米处标注有数字，数字一般是倒写的，以便观测时从望远镜中看到的是正像数字。2.2.3水准仪的操作水准仪的操作包括安置仪器、粗略整平（粗平）、照准水准尺、精确整平（精平）和读数等步骤。1.安置仪器选取合适的位置安置仪器，首先打开三脚架，按观测者的身高调节三脚架的高度，一般以架头与观测者腋窝高度平齐为宜。2.粗略整平（粗平）粗略整平（粗平）是指通过移动三脚架或调节三个脚螺旋使圆水准器的气泡居中，从而使仪器的竖轴大致铅垂。3.照准水准尺将望远镜对着明亮的背景（如天空或白色明亮物体），转动目镜调焦螺旋，使望远镜内的十字丝像十分清晰（以后照准时就不需要再进行目镜调焦）。4.精确整平（精平）精确整平（精平）是指转动位于目镜下方的微倾螺旋，从气泡观察窗内看到水准管气泡严密吻合（居中），此时视线即水平视线。5.读数仪器精平后，应立即用十字丝的中丝在水准尺上读数。根据望远镜的成像原理，观测者从望远镜里看到的水准尺像是倒立的（大部分仪器如此），为了便于读数，一般将水准尺上的注记倒写。读数应迅速、果断、准确，读数后应立即重新检视水准管气泡是否仍居中，如仍居中，则读数有效，否则应重新精平后再读数。2.2.4自动安平水准仪介纪自动安平水准仪是在一定的竖轴倾斜范围内，通过补偿器自动安平望远镜视准轴的水准仪，如图2-11所示。它的外形与微倾水准仪的外形相似，但操作更为简便。自动安平水准仪有两个特点：第一，机械部分通常采用摩擦制动控制望远镜的转动，即无制动螺旋；第二，光学系统中装有一个自动补偿器（代替管水准器），起到视准轴自动安平的作用。当视准轴有微量倾斜时，补偿器在重力作用下相对视准轴移动，从而自动、迅速地获得准确的水平视线。部分自动安平水准仪还配置了粗略进行水平角测量的刻度盘、方便观察圆水准器气泡居中状态的反光镜。自动安平原理补偿器的补偿原理阻尼器自动安平水准仪的操作15min2.3水准测量的实施国家等级水准测量依据精度不同分为一、二、三、四等，其中一、二等水准测量是国家高程控制的基础，三、四等水准测量直接为地形图测绘和各种工程建设提供所必需的高程控制。工程水准测量分为二、三、四、五等。精度低于四等的水准测量又分为五等水准测量和图根水准测量，也称为等外水准测量和普通水准测量。本节重点介绍普通水准测量和三、四等水准测量的相关内容。2.3.1水准点水准点（benchmark,BM）是用水准测量的方法测定的高程控制点。一般按照水准测量等级,根据地区气候条件与工程需要,每隔一定距离埋设不同类型的永久性或临时性水准点标志或标石。关于永久性水准点、临时性水准点的设置方法和要求,《工程测量标准》（GB50026—2020）中有明确的规定,这里不再赘述。2.3.2测站、测段、水准路线1.测站测站是指外业测量时安放仪器进行观测的点。在测站架设仪器进行测量，完成该测站的所有工作环节后移动仪器至下一个位置，这个过程称为搬站或迁站。2.测段测段是指两个水准点或控制点之间的测量区段，一般由一个或多个测站组成。当出现两点之间距离较远、不能通视、高差较大等情况时，需要设置转点。3.水准路线水准路线是指由已知水准点开始或在已知水准点之间按一定形式进行水准测量的测量路线。水准路线由n个测段组成，测段由n个测站组成，n>1。根据测区已有水准点的实际情况、测量需要以及测区条件，水准路线一般可布设为支水准路线、闭合水准路线、附合水准路线、水准网，具体如图2-18所示。2.3.3普通水准测量的实施普通水准测量略图如图2-19所示。已知水准点BM.A的高程HA=19.153m，欲测定距水准点BM.A较远的B点的高程，按普通水准测量的方法，由BM.A点出发共需设置5个测站，连续安置水准仪测出各站两点之间的高差。2.3.4水准测量测站检核每站测量时，任何一个观测数据出现错误，都将导致所观测高差不正确。为保证观测数据的正确性，需要对每个测站的数据进行检核，检核合格之后才能进行下一站测量。通常采用变动仪器高法或双面尺法进行测站检核。1.变动仪器高法在每一测站测得高差后，改变仪器高度（即重新安置与整平仪器）在0.1m以上再观测一次高差，若两次测得高差的差值在±5mm以内，则取两次高差的平均值作为该站测得的高差值。否则需要查找原因，重新观测。2.双面尺法保持仪器高度不变，读取每个双面尺的黑面与红面的读数，分别计算双面尺的黑面与红面读数之差、两个黑面的高差h黑及两个红面的高差h红。若同一水准尺黑面与红面（加尺常数）读数之差在士3mm以内，且两个黑面的高差h黑与两个红面的高差h红不超过士5mm，则取黑、红面高差的平均值作为该站测得的高差值。当两个双面尺的黑、红面零点差相差100mm时，两个高差也应相差100mm，此时应将红面高差加或减100mm后再与黑面高差比较。双面尺法是等级水准测量常用的测站检核方法。注意：在每站观测时，应尽量保持前、后视距相等。视距可由上、下丝读数之差乘以100求得。每次读数时均应使水准管气泡严密吻合，每个转点均应安放尺垫，但所有已知水准点和待求高程点上不能放置尺垫。2.3.5普通水准测量成果整理测站检核只能检查每一个测站所测高差是否正确，而对于整条水准路线来说，还不能说明它的精度是否符合要求。例如，仪器搬站期间，转点的尺垫被碰动、下沉等引起的误差，在测站检核中无法发现，而水准路线的高差闭合差却能反映出来。因此，普通水准测量外业观测结束后，首先应复查与检核记录手簿，并按水准路线布设形式进行成果整理。普通水准测量成果整理的内容包括高差闭合差的计算与检核、高差闭合差的分配和改正后的高差计算、未知水准点的高程计算。测站检核只能检查每一个测站所测高差是否正确，而对于整条水准路线来说，还不能说明它的精度是否符合要求。例如，仪器搬站期间，转点的尺垫被碰动、下沉等引起的误差，在测站检核中无法发现，而水准路线的高差闭合差却能反映出来。因此，普通水准测量外业观测结束后，首先应复查与检核记录手簿，并按水准路线布设形式进行成果整理。普通水准测量成果整理的内容包括高差闭合差的计算与检核、高差闭合差的分配和改正后的高差计算、未知水准点的高程计算。1.高差闭合差的计算与检核1）支水准路线2）闭合水准路线3）附合水准路线2.高差闭合差的分配和改正后的高差计算当计算出的高差闭合差在容许范围内时，可进行高差闭合差的分配。3.未知水准点的高程计算根据已知水准点高程和各测段改正后的高差i，依次逐点推求各未知水准点的高程，作为普通水准测量的最后成果。推求的最后一点高程值应与闭合或附合水准路线的已知水准点高程值完全一致。2.3.6三、四等水准测量的实施三、四等水准测量除了用于国家高程控制网的加密，还常用作小区域测绘工程的首级高程控制、工程建设区域内施工测量和变形观测的基本控制。三、四等水准测量应以测区附近高等级水准点的高程为起算数据，布设成单一附合（闭合）水准路线、单结点或多结点水准网。水准点距离可根据实际需要确定，一般为1~2km。应埋设普通水准标石或设置墙脚水准点标志，也可将埋石的平面控制点作为水准点。1.测站观测方法与记录在一个测段的第一测站，后视尺人员在后视点立尺，观测者在目估视距不超过75m（四等水准不超过100m）的地方安置水准仪，调整圆水准器使气泡居中。前视尺人员从后视点开始用步幅法测量后视距和前视距，在视距差不超过3m（四等水准不超过5m）的地方用尺垫作转点，在尺垫上立尺。观测者分别照准后视尺、前视尺估读视距，确认前后视距差不超限（如果超限，则需调整前视转点或测站位置），然后按表2-6所列观测顺序进行观测。记录者将读数记录在表2-6相应栏内，并现场计算，将计算结果与限差比较，进行检核。2.测站计算与检核三、四等水准测量在每个测站上的计算有视距、高差和检核3个部分。这里约定，水准标尺上读数的单位为mm。1）视距部分2）高差部分3）检核部分3.成果整理三、四等水准测量成果整理的内容与普通水准测量成果整理的内容一样，主要区别在于等级不同，高差闭合差容许值的计算公式不一样。这里不再赘述。15min2.4水准仪的检验与校正水准仪检验就是查明仪器各轴线是否满足应有的几何条件。只有各轴线满足几何条件，水准仪才能真正提供一条水平视线，正确地测定两点间的高差。如果各轴线不满足几何条件，且超出规定的范围，则应进行仪器校正。所以水准仪校正的目的是使仪器各轴线满足应有的几何条件。2.4.1水准仪的轴线及其应满足的几何条件如图2-22所示，水准仪的轴线主要有视准轴CC、水准管轴LL、圆水准器轴L’L’、仪器竖轴VV。根据水准测量原理，水准仪必须提供一条水平视线（即视准轴水平），而视线是否水平是根据水准管气泡是否居中来判断的。如果水准管气泡居中，而视线不水平，则不符合水准测量的原理。因此水准仪在轴线构造上应满足水准管轴平行于视准轴这个主要的几何条件。此外，为了便于迅速有效地用微倾螺旋使水准管气泡精确置平，应先用脚螺旋使圆水准器气泡居中，使仪器粗略整平，即仪器竖轴基本处于铅垂位置，故水准仪还应满足圆水准器轴平行于仪器竖轴的几何条件。为了准确地用中丝（横丝）进行读数，当水准仪的仪器竖轴铅垂时，中丝应当水平。综上所述，水准仪的轴线应满足以下几何条件：（1）圆水准器轴平行于仪器竖轴（L’L’/VV）；（2）十字丝中丝垂直于仪器竖轴（即中丝水平）；（3）水准管轴平行于视准轴（LL/CC）。2.4.2圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验与校正1.检验方法安置水准仪后，转动脚螺旋使圆水准器气泡居中，如图2-23（a）所示。然后将仪器绕竖轴旋仪器转180°。如果气泡仍旧居中，则表示该几何条件满足，不必校正。如果气泡偏离中心，如图2-23（b）所示，则表示该几何条件不满足，需要进行校正。2.校正方法先保持水准仪不动，旋转脚螺旋，使圆水准器气泡向圆水准器中心方向移动偏离值的一半，如图2-23（c）所示；然后用校正针松动圆水准器底部中间的连接螺丝，如图2-23（d）所示；再分别拨动圆水准器底部的三个校正螺丝，使圆水准器气泡居中，如图2-23（e）所示。校正完毕后，应记住把连接螺丝再旋紧。3.校正原理设圆水准器轴L’L’不平行于仪器竖轴VV，两者的夹角为α。当转动脚螺旋使圆水准器气泡居中时，圆水准器轴L’L’处于铅垂方向，但仪器竖轴VV倾斜了α角，如图2-24（a）所示。2.4.3十字丝中丝垂直于仪器竖轴的检验与校正1.检验方法若十字丝中丝已垂直于仪器竖轴，则当仪器竖轴铅垂时，中丝应水平，从而用中丝的不同部分在水准尺上读数应该是相同的。安置水准仪整平后，用十字丝交点照准某一明显的点状目标A’拧紧制动螺旋，缓慢地转动微动螺旋，从望远镜中观测A点是否始终沿着中丝移动。如果A点始终沿着中丝移动，则表示中丝是水平的，否则需要校正。2.校正方法校正方法因十字丝装置的形式不同而异。对于如图2-25所示的形式，需旋下目镜端的十字丝环外罩，用螺丝刀松开十字丝环的四个压环螺丝，按中丝倾斜的反方向小心地转动十字丝环的校正螺丝，直至中丝水平；再重复检验，最后固紧十字丝环的压环螺丝，旋上十字丝环外罩。2.4.4水准管轴平行于视准轴的检验与校正1.检验原理设水准管轴不平行于视准轴，它们在竖直面内投影的夹角为i，称为i角误差。当水准管气泡居中时，视准轴相对于水平线方向向上（或向下）倾斜i角，则视线（视准轴）在水准尺上的读数偏差为x。水准尺离开水准仪越远，由此引起的读数偏差也越大。当水准仪至水准尺的前后视距相等时，即使存在i角误差，因在两根水准尺上的读数偏差x相等，所求高差也不受影响。当水准仪至水准尺的前后视距不相等时，若前后视距的差距增大，则i角误差对高差的影响也会随之增大。2.检验方法一如图2-26所示，在平坦地区选择相距约80m的A、B两点（可打下木桩或安放尺垫），并在A、B两点中间处选择一点O，且使A、B两点与。点的距离D1、D2满足D1=D2。3.校正方法一4.检验方法二5.校正方法二15min2.5水准测量误差分析及注意事项在水准测量过程中，仪器的问题、操作的问题、环境的影响会造成最终的测量结果不能满足要求。为了保证应有的观测精度，测量人员应对水准测量误差产生的原因以及控制误差的方法有所了解，尤其要避免读数错误、记录错误等基本错误。2.5.1水准测量误差分析水准测量误差按照其来源可以分为仪器误差、观测与操作者的误差、外界环境的影响等几个方面。1.仪器误差使用水准仪之前，应按规定进行水准仪的检验与校正，以保证其各轴线满足几何条件。2.观测与操作者的误差1）水准尺读数误差水准尺读数误差主要由观测者照准误差、水准管气泡居中误差、估读误差等综合影响所致，属偶然误差。2）水准尺竖立不直（倾斜）误差根据要求，水准尺必须竖直立在点上，否则会使水准尺上的读数增大，并且随着水平视线的抬高（即读数增大），其影响也会增大。3）水准仪与尺垫下沉误差如果水准仪或尺垫处地面土质松软，则水准仪或尺垫会由于自重随安置时间而下沉（或回弹）。3.外界环境的影响1）地球曲率和大气折光的影响2）大气温度（日光）和风力的影响当大气温度变化或日光直射水准仪时，仪器受热不均匀，会影响仪器轴线间的正常几何关系，发生水准仪气泡偏离中心或三脚架扭转等现象。所以，在阳光下进行水准测量时，水准仪应打伞防晒，风力较大时应暂停水准测量。2.5.2水准测量注意事顶水准测量是一项集观测、记录及扶尺为一体的测量工作，只有全体参与人员认真负责，按规定要求仔细观测与操作，才能取得良好的成果。下面从观测、记录、扶尺几方面给出水准测量注意事项。1.观测（1）观测前应认真按要求校验水准仪，检查水准尺；（2）仪器应安置在土质坚实处，并踩实三脚架；（3）水准仪至前、后视水准尺的视距应尽可能相等；（4）每次读数前，注意消除视差，只有当水准管气泡居中后才能读数，读数应迅速、果断、准确，特别应认真估读毫米值；（5）晴好天气，仪器应打伞防晒，操作时细心认真，做到“人不离开仪器”；（6）只有当一测站记录计算合格后方能搬站，搬站时应检查仪器连接螺旋是否固紧，一只手托住仪器，另一只手握住脚架稳步前进。2.记录（1）认真记录，边记录边复报数字，并将其准确无误地记入记录手簿相应栏内，严禁伪造和转抄；（2）字体要端正、清楚，不准连环涂改，不准用橡皮擦改，如按规定可以改正时，应在原数字上划线后再在上方重写；（3）每站应当场计算，检查符合要求后才能通知观测者搬站。3.扶尺（1）扶尺员应认真竖立水准尺，注意保持尺上圆水准管气泡居中；（2）转点应选择在土质坚实处设置，并将尺垫踩实；（3）水准仪搬站时，应注意保护好原前视点尺垫位置，使其不受碰动。15min2.6电子水准仪介绍电子水准仪主要用于国家一、二等水准测量和高精度的工程测量中，如建筑物的沉降观测、大型设备的安装及对高程精度要求很高的工程建设项目等测量工作，其高差测量的原理同微倾水准仪和自动安平水准仪的一样。2.6.1电子水准仪的构造电子水准仪又称数字水准仪，是以自动安平水准仪为基础，在望远镜光路中增加了分光镜和读数器，并采用条形编码标尺和电子图像处理系统的光机电测一体化的高科技测量设备，如图2-28（a）所示，目前在实际工程中应用很广泛。与电子水准仪配套使用的水准尺为条形编码标尺，如图2-28（b）所示，水准尺上的编码信号存储在仪器处理器中，作为信号参考。电子水准仪中有列阵传感器，它可识别条形编码标尺上的条形编码。条形编码被摄入后，经处理器转变为相应的数字，在显示屏上直接显示中丝读数和视距。电子水准仪的测量精度高。例如，南方DL-201数字水准仪的每千米往返测高差中数的中误差为1.0mm。2.6.2电子水准仪的操作步骤1.安置仪器在测站上安置三脚架，将电子水准仪安置在三脚架架头上，拧紧中心连接螺旋，旋转脚螺旋使圆水准器气泡居中。2.操作仪器1）设置参数按下POW/MEAS键，开机，然后按照以下步骤设置参数。用导航键选择主菜单中的配置选项一按回车键一选择输入菜单一按回车键一输入大气折射系数、加常数、日期、时间一按回车键存储。2）建立数据文件进入主菜单选择路线测量模式，输入作业名称，根据需要选择相应的观测顺序，输入起算点点名和起算点高程，分别在后视点、前视点竖立条形编码标尺，开始测量。3）进行水准路线测量这里给出一个测站上的操作步骤（例如，第1测站后视点是控制点NA01，前视点是转点TP1）。3.操作完毕先将仪器脚螺旋调至大致等高的位置，再将水准仪从脚架上取下，保持原来的安放位置放入仪器箱内，清点所有附件工具，防止遗失，然后关闭仪器箱并上锁。4.数据传输用数据线将电子水准仪与电脑USB接口连接好，在数据转换设备栏中选择“USB”。在接收栏里选择要传输的文件，点击添加键，然后点击全部传输键，并给定路径保存文件。15min重难点知识的重述和巩固5min土木工程测量课程教案课程名称：土木工程测量课程号：课程学分：2参考学时：32课程性质：专业必修课适用专业：土木工程类专业上课时间：授课教师：负责人：审核单位：年月日一、课程基本信息课程名称土木工程测量课程号课程性质专业必修课开课部门课程负责人课程团队授课学期学分/学时2/32授课语言汉语先修课程土木工程测量课程简介本课程作为城市轨道交通技术专业必修的专业基础课，是城市轨道交通技术专业人才培养过程中重要的一环，为后续专业课的学习做铺垫，让学生更好在工程的规划设计、施工、竣工和运营管理等阶段所进行的测量工作，以及在工程建设中发挥更好的管理作用。课程内容主要包括地形图相关概念，控制测量的定义、分类、作用与实施，地形图碎部测量方法，地形图绘图、整饰及应用，施工测量的含义、特点及实施，全站仪坐标测量及坐标放样的原理及操作过程，建筑工程测量相关知识，建筑纵横断面测量，桥梁与地下工程测量相关内容，变形监测的相关概念，沉降监测和水平位移监测的方法及操作过程等。课程主要目标掌握控制测量和地形图碎部的测量的含义与实施过程，掌握施工测量的含义与实施过程，掌握变形监测的含义及沉降监测和水平位移监测的方法及操作过程。通过该课程的学习能够让同学们更好的体会土木工程测量在工程建设中的作用，具有更强的实践操作能力、学习能力、团体协作能力和独立解决事情的能力，拥有大国工匠精神以及更强的责任感。授课班级课程授课教案第3章，共15章讲课主题角度测量学时2学时教学目标通过本章的学习，学生应理解角度测量的原理，掌握电子经纬仪的基本结构及使用、水平角和竖直角的观测方法，了解光学经纬仪的基本结构及使用、经纬仪的检验与校正以及水平角观测的误差分析。教学重点、难点本章的主要内容包括角度测量的原理、光学经纬仪和电子经纬仪的基本结构及使用、水平角和竖直角的观测方法、经纬仪的检验与校正以及水平角观测的误差分析。本章的教学重点为角度测量的原理、电子经纬仪的使用、水平角和竖直角的观测方法，教学难点为经纬仪的检验与校正和水平角观测的误差分析。教学设计授课提纲及重难点分析教学方法及课程思政设计教学时间3.1角度测量的原理角度测量包括水平角测量和竖直角测量，它是确定地面点位的基本测量工作之一。常用的角度测量仪器有光学经纬仪、电子经纬仪、全站仪等，目前应用较为广泛的是电子经纬仪和全站仪。经纬仪既能测量水平角，又能测量竖直角。水平角用于推算地面点的平面位置（坐标），竖直角用于推算高差或结合斜距测量推算水平距离。3.1.1水平角测量原理水平角是指空间上的两条直线在同一水平面上投影的夹角，或指分别过两条直线的铅垂面所夹的二面角。现以图3-1来说明水平角测量原理。设A、O、B为地面上的任意三点，将三点沿铅垂线方向投影到同一水平面上得到A1、O1、B1三点，则直线O1A1与直线O1B1的夹角β,或分别过直线OA、OB的铅垂面所夹的二面角，即为OA与OB两方向线间的水平角。水平角的取值范围为0°~360°。3.1.2竖直角测量原理竖直角是指在同一竖直面内，空间任意方向线与水平线之间的夹角，又称为垂直角或竖角。竖直角有仰角和俯角之分。方向线在水平线以上的竖直角称为仰角，取正号，如图3-2（a）中的aA，角值为0°~+90°；方向线在水平线以下的竖直角称为俯角，取负号，如图3-2（b）中的ac，角值为-90°~0°。因此，竖直角的取值范围为-90°~+90°。10min3.2经纬仪的基本结构及使用测角仪器按精度可分为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15和DJ60等型号。其中，“D”“J”分别为“大地测量”“经纬仪”的汉语拼音的第一个字母；07，1，…，60表示仪器的精度等级，即“一测回水平方向的观测中误差”，单位为秒（γ）。“DJ”常简写为“J”。按物理性能不同，测角仪器分为光学经纬仪、电子经纬仪和全站仪三类。电子经纬仪和全站仪作为现代测绘仪器，在生产上得到了广泛的应用，而光学经纬仪逐渐被淘汰了。但为了解最基本的经纬仪结构，下面先介绍DJ6光学经纬仪，从而过渡到电子经纬仪。全站仪将在后面章节进行介绍。3.2.1DJ6光学经纬仪的基市结徊及使用1.DJ6光学经纬仪的基本结构图3-3为一种DJ6光学经纬仪。不同型号的光学经纬仪，其外形和各螺旋的形状、位置不尽相同，但其基本结构相同，一般都包括照准部、水平度盘和基座三大部分。1）照准部照准部主要由望远镜、望远镜制动螺旋、望远镜微动螺旋、照准部制动螺旋、照准部微动螺旋、竖直度盘、读数设备、水准管和光学对中器等组成。2）水平度盘水平度盘由光学玻璃制成，度盘边缘通常按顺时针方向刻有0°~360°的等角距分划线。3）基座经纬仪基座与水准仪基座的构成基本相同，有轴座、脚螺旋、底板和三角压板。但经纬仪基座上还有一个轴座固定螺旋，用于将照准部和基座固连在一起。通常情况下，轴座固定螺旋必须拧紧固定。2.DJ6光学经纬仪的读数DJ6光学经纬仪的水平度盘和竖直度盘分划线通过一系列的棱镜和透镜，成像于望远镜旁的读数显微镜内，观测者可通过读数显微镜读取度盘上的读数。对DJ6光学经纬仪，常用的读数方法有以下两种。分微尺测微器读数单平板玻璃测微器读数3.DJ6光学经纬仪的使用1）安置仪器利用经纬仪测量角度时，首先应将仪器安置在测站点（角顶点）的铅垂线上，包括对中和整平两项工作。对中的目的是使仪器竖轴（或水平度盘中心）位于过测站点的铅垂线上，方法有光学对中法和垂球对中法两种。整平的目的是使仪器竖轴竖直，从而使水平度盘和横轴处于水平位置，竖直度盘位于铅垂平面内。整平分粗略整平和精确整平。由于对中和整平两项工作相互影响，因此在安置经纬仪时，应同时满足对中和整平这两个条件。2）照准目标测角时的照准标志一般是竖立于测点的标杆、测钉、垂球线或凯牌，如图3-10所示。测量水平角时，应使望远镜的十字丝竖丝照准照准标志，并尽量照准标志底部；而测量竖直角时，应使望远镜的十字丝中丝横切标志的顶部。3）读数读数时，先打开度盘反光照明镜，调整反光镜的开度和方向，使读数窗亮度适中，旋转读数显微镜的目镜使刻画线清晰，然后读数。3.2.2电子经纬仪的基本结构及使用1.电子经纬仪的基本结构电子经纬仪是一种集机、光、电为一体，带有电子扫描度盘，在微处理器控制下实现测角数字化的新型仪器。2.电子经纬仪的测角系统电子经纬仪的测角系统有编码度盘测角系统、光栅度盘测角系统和动态测角系统三种。下面主要介绍前两种测角系统。1）编码度盘测角系统2）光栅度盘测角系统3.电子经纬仪的使用电子经纬仪的使用方法与光学经纬仪的基本相同。仪器对中、整平后，打开电源开关，仪器初始化打开后，默认是测角模式，就可以开始角度测量。精确照准目标后，显示屏上自动显示相应的水平度盘读数和竖直度盘读数，无需人工判读，能有效提高读数效率。15min3.3水平角观测水平角的观测方法一般根据观测目标的多少而定，常用的方法主要有测回法和方向观测法两种方法。3.3.1测回法如图3-15所示，A、O、B分别为地面上的三点，欲测定OA与OB之间的水平角。采用测回法观测水平角的操作步骤如下:将经纬仪安置在测站点O’对中且整平。（2）盘左位置（竖直度盘在望远镜目镜端的左边，又称为正镜）照准目标A’将水平度盘配置在0°00’00”或稍大于0°的位置，读取读数a左并记入观测手簿；再顺时针旋转照准部，照准目标B’读数并记录b左，这个过程称为上半测回，则上半测回角值β左=b左-a左。（3）倒转望远镜成盘右位置（竖直度盘在望远镜目镜端的右边，又称为倒镜），照准目标B’读取读数b右并记入观测手簿；再逆时针旋转照准部，照准目标A’读数并记录a右，这个过程称为下半测回，则下半测回角值β右=b-a右。3.3.2方向观测法在一个测站上需要观测的方向为三个或三个以上时。采用方向观测法（又称为全圆观测法）。1.观测步骤（1）将经纬仪安置于测站点O’对中、整平。（2）盘左位置。选定一距离较远、目标明显的点（如A点）作为起始点，将水平度盘读数配置在略大于0°处，读取此时的水平度盘读数；松开水平制动螺旋，按顺时针方向依次照准B、C、D三个目标点，并读数；最后再次照准起始点A并读数，这一操作称为归零。（3）倒转望远镜成盘右位置。先照准起始目标A’并读数；然后按逆时针方向依次照准D、C、B、A各目标点，并读数；最后再次照准起始点A并读数，以上过程称为下半测回，其归零差仍应满足规定要求。15min3.4竖直角观测3.4.1竖盘构造经纬仪的竖直度盘（简称竖盘）部分主要由竖盘、读数指标、竖盘指标水准管和竖盘指标水准管微动螺旋组成，如图3-17所示。竖盘垂直地固定在望远镜横轴的一端，随望远镜的上下转动而转动。读数指标与竖盘指标水准管一起安置在微动架上，不随望远镜转动，只能通过调节竖盘指标水准管微动螺旋使读数指标和竖盘指标水准管一起做微小转动。当竖盘指标水准管气泡居中时，指标线处于正确位置。竖盘的注记形式分顺时针注记和逆时针注记两种，图3-17中竖盘的注记为顺时针注记。3.4.2竖直角计算公式竖盘的注记形式不同，竖直角计算的公式也不一样。现以顺时针注记的竖盘为例，推导竖直角计算的基本公式。如图3-18所示，当望远镜视线水平，竖盘指标水准管气泡居中时，读数指标处于正确位置，竖盘读数正好为常数90°或270°。3.4.3竖盘指标差当视线水平、竖盘指标水准管气泡居中时，若读数指标偏离正确位置，使读数大了或小了一个角值x，则称这个偏离角值x为竖盘指标差。若读数指标偏离方向与竖盘注记方向一致，使读数中增大了一个x值，则x为正；若读数指标偏离方向与竖盘注记方向相反，使读数中减少了一个x值，则x为负。3.4.4竖直角观测步骤及记录、计算1.观测步骤（1）在测站点上安置经纬仪，判断竖盘注记形式，确定竖直角的计算公式。（2）盘左位置使十字丝中丝横切目标某一位置，调节竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中（电子经纬仪不需要这一步，对中、整平后可直接读数），读取竖盘读数L。（3）盘右位置用十字丝中丝照准目标同一位置，使竖盘指标水准管气泡居中后读取竖盘读数R。2.记录、计算将各观测数据及时记入表3-4的竖直角观测手簿中，按式（3-5）和式（3-6）分别计算半测回竖直角，再按式（3-12）计算一测回竖直角，竖盘指标差按式（3-13）求得。3.4.5竖盘指标自动补偿装置用经纬仪测量竖直角时，每次读取竖盘读数前，均应调节竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中，这种操作既费时，又容易因疏忽而出错。目前许多经纬仪采用竖盘指标自动补偿装置。在正常情况下，当仪器竖轴略有倾斜时，该装置能自动调整光路，获得读数指标处于正确位置的读数。竖盘指标自动补偿的原理与自动安平水准仪的补偿原理基本相同。15min3.5经纬仪的检验与校正3.5.1经纬仪的主要轴线及其应满足的几何条件如图3-21所示，经纬仪的主要轴线有照准部水准管轴L1L1、仪器旋转轴（竖轴）V1V1、望远镜视准轴C1C1、望远镜旋转轴（横轴）H1H1。各轴线间应满足的几何条件如下：（1）照准部水准管轴垂直于仪器竖轴，即L1L1」V1V1；（2）十字丝竖丝垂直于望远镜横轴；（3）望远镜视准轴垂直于望远镜横轴，即C1C1」H1H1；（4）望远镜横轴垂直于仪器竖轴，即H1H1」V1V1。此外，当竖盘指标差为零时，光学对中器的光学垂线应与仪器竖轴重合。仪器在出厂时虽经检验合格，但由于在搬运过程和长期使用中的震动、碰撞等，各项条件往往会发生变化。因此，在使用经纬仪之前必须进行检验与校正。经纬仪检验与校正的项目较多，但通常只进行主要轴线间几何关系的检验与校正。3.5.2照准部水准管轴垂直于仪器竖轴的检验与校正若照准部水准管轴不垂直于仪器竖轴，则当照准部水准管气泡居中时，仪器竖轴不竖直，水平度盘也不水平。检验方法。将仪器粗略整平后，转动照准部使水准管平行于任意两个脚螺旋的连线方向，调节这两个脚螺旋使水准管气泡严格居中，再将仪器旋转180°，如果照准部水准管气泡仍然居中，说明条件满足。校正方法。先转动脚螺旋，使照准部水准管气泡退回偏离量的一半，如图3-22（c）所示；再用校正针拨动照准部水准管一端的校正螺丝（注意先松后紧），使照准部水准管气泡居中，如图3-22（d）所示。此时，照准部水准管轴与仪器竖轴垂直。此项检验与校正需反复进行，直到照准部旋转到任意方向，照准部水准管气泡偏离不超过一格为止。3.5.3十字丝竖丝垂直于望远镜横轴的检验与校正若十字丝竖丝不垂直于望远镜横轴，则用十字丝竖丝的不同部位照准目标，所获得的水平度盘读数不同。检验方法。将仪器整平后，用十字丝交点精确照准远处一明显的目标点A，固定水平制动螺旋和望远镜制动螺旋，转动望远镜微动螺旋使望远镜上仰或下俯。校正方法。十字丝竖丝垂直于望远镜横轴的校正方法与水准仪十字丝中丝垂直于仪器竖轴的校正方法相同，但此时应使十字丝竖丝竖直。3.5.4望远镜视准轴垂直于望远镜横轴的检验与校正若望远镜视准轴不垂直于望远镜横轴，则使望远镜绕横轴旋转时，视准面不是一个平面，而是一个圆锥面。当望远镜视准轴不垂直于望远镜横轴时，其偏离垂直位置的角度称为视准轴误差，用C表示。对于双指标读数仪器，由于采用对径分划符合读数设备，可以有效消除水平度盘偏心差的影响。而对于单指标读数仪器，读数中包含水平度盘偏心差的影响，因此，应分别采用盘左盘右瞄点法和四分之一法进行双指标读数仪器和单指标读数仪器的望远镜视准轴垂直于望远镜横轴的检校。1.盘左盘右瞄点法检验时，在地面一点安置经纬仪，在远处选定一个与仪器大致同高的明显目标点A。盘左位置照准A点，得水平度盘读数a左；盘右位置照准A点，得水平度盘读数a右。若a左—a右±180°，则说明条件满足；否则，应计算出C。对于DJ6光学经纬仪，若|C|>1,，则需进行校正。2.四分之一法如图3-24所示，在平坦地面上选择相距60~100m的A、B两点，将经纬仪安置在A、B连线的中点O处，在A点设置一个与仪器大致同高的标志，在B点与仪器大致同高处横置一根有毫米刻度的直尺，并使其垂直于直线。3.5.5望远镜横轴垂直于仪器竖轴的检验与校正当望远镜横轴不垂直于仪器竖轴时，其偏离正确位置的角度称为横轴误差，用i表示。若仪器存在横轴误差，则当仪器竖轴竖直时，纵转望远镜，视准面不是一个竖直面，而是一个倾斜面。检验方法。校正方法。3.5.6竖盘指标差的检验与校正（1）检验方法。安置好经纬仪，用盘左、盘右位置分别照准大致水平的同一目标，读取竖盘读数L和R（注意读数前使竖盘指标水准管气泡居中），按式（3-13）计算出竖盘指标差x。对于DJ6光学经纬仪，当|x|超过1’时，应进行校正。（2）校正方法。盘右位置仍照准原目标，调节竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘读数对准正确读数R-x。此时，竖盘指标水准管气泡不再居中，调节竖盘指标水准管校正螺丝，使竖盘指标水准管气泡居中。此项检验与校正需反复进行，直到x在规定范围内为止。3.5.7光学对中器的检验与校正学对中器检验与校正的目的是使光学对中器的光学垂线与仪器旋转轴（竖轴）重合。检验方法。在地面上放置一张白纸，在白纸上标出一点A’以A点为对中标志，按光学对中的方法安置仪器，然后将照准部旋转180°。校正方法。仪器类型不同，校正部位也不同。有的校正直角转向棱镜，有的校正光学对中器分划板。15min3.6水平角观测的误差分析在水平角观测中，存在各种各样的误差。误差的来源不同，对角度的影响程度也不一样。误差来源主要有仪器误差、观测误差和外界条件的影响。下面分别对各项误差加以分析，从而找出消除或削弱这些误差的方法。3.6.1仪器误差仪器误差包括两种类型：一种是由于仪器校正不完全所产生的仪器残余误差，如望远镜视准轴不垂直于望远镜横轴及望远镜横轴不垂直于仪器竖轴等的残余误差；另一种是由于仪器制造加工不完善所引起的误差，如度盘偏心差、度盘刻画误差等。1.望远镜视准轴不垂直于望远镜横轴的误差仪器存在望远镜视准轴不垂直于望远镜横轴的残余误差，所产生的视准轴误差C对水平度盘读数的影响为盘左、盘右大小相等，符号相反，通过盘左、盘右观测取平均值可以消除该项误差的影响。2.望远镜横轴不垂直于仪器竖轴的误差仪器存在望远镜横轴不垂直于仪器竖轴的残余误差，所产生的横轴误差i对水平度盘读数的影响与视准轴误差C类似，同样可以通过盘左、盘右观测取平均值消除此项误差的影响。3.仪器竖轴倾斜的误差对于水准管轴不垂直于仪器竖轴所引起的竖轴误差对水平读数的影响，由于盘左和盘右竖轴的倾斜方向一致，因此该项误差不能用盘左、盘右观测取平均值的方法来消除。为此，在观测过程中，应保持照准部水准管气泡居中。4.度盘偏心差水平度盘分划中心。与照准部旋转中心。5.度盘刻画误差度盘刻画误差一般很小。当进行水平角观测时，在各测回间按一定方式变换度盘位置，可以有效地削弱度盘刻画误差的影响。3.6.2观测误差角度测量过程中的观测误差主要有仪器对中误差、目标偏心差、照准误差和读数误差。1.仪器对中误差如图3-28所示，设O为测站点，A、B为两目标点。2.目标偏心差如图3-29所示，A点为测站点，B点为目标点，A、B两点间的距离为D。3.照准误差望远镜视准轴偏离目标理想照准线的夹角称为照准误差。照准误差主要取决于望远镜的放大率V以及人眼的分辨力。4.读数误差读数误差主要取决于仪器的读数设备、照明情况和观测者的判断能力。对于DJ6光学经纬仪，读数误差为分微尺最小分划值的1/10’即6"。但如果受照明不佳、观测者操作不当等影响，则读数误差还会增大。3.6.3外界条件的影响外界条件的影响比较复杂，一般难以用人力来控制。大风可以使仪器和标杆不稳定；雾气会使目标成像模糊；松软的土质会影响仪器的稳定性；烈日爆晒可使三脚架发生扭转，影响仪器的整平；温度变化会引起视准轴位置变化；大气折光变化致使视线产生偏折等。这些都会给角度测量带来误差。因此，测量时应选择有利的观测时间，尽量避免不利因素，使外界条件对角度测量的影响降到最低。15min重难点知识的重述和巩固5min土木工程测量课程教案课程名称：土木工程测量课程号：课程学分：2参考学时：32课程性质：专业必修课适用专业：土木工程类专业上课时间：授课教师：负责人：审核单位：年月日一、课程基本信息课程名称土木工程测量课程号课程性质专业必修课开课部门课程负责人课程团队授课学期学分/学时2/32授课语言汉语先修课程土木工程测量课程简介本课程作为城市轨道交通技术专业必修的专业基础课，是城市轨道交通技术专业人才培养过程中重要的一环，为后续专业课的学习做铺垫，让学生更好在工程的规划设计、施工、竣工和运营管理等阶段所进行的测量工作，以及在工程建设中发挥更好的管理作用。课程内容主要包括地形图相关概念，控制测量的定义、分类、作用与实施，地形图碎部测量方法，地形图绘图、整饰及应用，施工测量的含义、特点及实施，全站仪坐标测量及坐标放样的原理及操作过程，建筑工程测量相关知识，建筑纵横断面测量，桥梁与地下工程测量相关内容，变形监测的相关概念，沉降监测和水平位移监测的方法及操作过程等。课程主要目标掌握控制测量和地形图碎部的测量的含义与实施过程，掌握施工测量的含义与实施过程，掌握变形监测的含义及沉降监测和水平位移监测的方法及操作过程。通过该课程的学习能够让同学们更好的体会土木工程测量在工程建设中的作用，具有更强的实践操作能力、学习能力、团体协作能力和独立解决事情的能力，拥有大国工匠精神以及更强的责任感。授课班级课程授课教案第4章，共15章讲课主题距离测量学时2学时教学目标通过本章的学习，学生应理解距离测量的基本原理，掌握全站仪的基本结构及使用、电磁波测距的方法，了解钢尺量距和视距测量的方法以及各种测距方法的误差分析和注意事项。教学重点、难点本章的主要内容包括距离测量（包括钢尺量距、视距测量和电磁波测距）的基本原理和方法及各种测距方法的误差分析和注意事项，全站仪的基本结构及使用。教学设计授课提纲及重难点分析教学方法及课程思政设计教学时间4.1钢尺量距钢尺量距是利用钢尺以及辅助工具直接测量地面上两点间的水平距离，又称为距离丈量，通常在短距离测量中使用。对于精度要求较高的距离测量，应采用电磁波测距。本节主要讲述钢尺量距的方法。4.1.1钢尺量距的—般方法钢尺量距的主要工具是钢尺（又称钢卷尺）。常用的钢尺长度有20m、30m和50m，其基本分划有cm和mm两种。以cm分划的钢尺在起始的10cm内为mm分划。根据零点位置的不同，钢尺分为端点尺和刻线尺两种，如图4-1所示。端点尺是以尺的最外端作为尺的零点，刻线尺是以尺前端的一刻线作为尺的零点。一般钢尺量距的辅助工具有测钉、标杆、垂球，精密量距时，还需要弹簽秤、温度计等。当地面两点之间的距离大于钢尺的一个尺段时，就需要在直线方向上标定若干分段点，以便于用钢尺分段丈量，这项工作称为直线定线。直线定线的目的是使这些分段点在待量直线端点的连线上，直线定线的方法主要有目测定线和仪器定线两种。目测定线主要利用单眼目测，在直线的两个端点分别竖立标杆，观测者甲位于直线的一个端点，指挥手持标杆者乙左右移动，直至移动至直线上。仪器定线主要是将带有望远镜装置的测量仪器架设在直线的一个端点上，照准另一个端点，水平方向上固定望远镜，垂直方向上转动望远镜，照准地面后进行标定即可。钢尺量距的一般方法有平量法和斜量法两种。4.1.2钢尺量距的精密方法用一般方法量距，其相对误差只能达到1/5000~1/1000。当要求量距的相对误差更小，例如为1/40000~1/10000时，就需要用精密方法进行丈量。精密方法量距的主要工具为钢尺、弹簽秤、温度计等。其中，钢尺必须经过检验，并得到其检定的尺长方程式。4.1.3钢尺量距的误差分析及注意事顶影响钢尺量距精度的因素很多，主要有定线误差、尺长误差、温度测定误差、钢尺倾斜误差、拉力不均误差、钢尺对准误差、读数误差等。钢尺在使用中应注意以下问题：（1）钢尺易生锈。工作结束后，应用软布擦去钢尺上的泥和水，涂上机油，以防生锈。（2）钢尺易折断。如果钢尺出现卷曲，切不可用力硬拉。（3）在行人和车辆多的地区量距时，中间要有专人保护，严防钢尺被车辆压过而折断。（4）不能将钢尺沿地面拖拉，以免磨损尺面刻画线。（5）收卷钢尺时，应按顺时针方向转动钢尺摇柄，切不可逆转，以免折断钢尺。25min4.2视距测量视距测量是一种根据几何光学原理，用简便的操作方法即能迅速测出两点间距离的方法。视距测量是一种间接测距方法，普通视距测量所用的视距装置是测量仪器望远镜内十字丝分划板上的视距丝，视距丝是与十字丝中丝平行间距相等的上、下两根短丝。普通视距测量是利用十字丝分划板上的视距丝和刻有厘米分划的视距尺（可用普通水准尺代替），根据几何光学原理，测定两点间的水平距离。由于十字丝分划板上视距丝的位置固定，因此通过视距丝的视线所形成的夹角（视角）也是不变的，所以这种方法又称为定角视距测量。视线水平时，视距测量测得的是水平距离。如果视线是倾斜的，为求得水平距离，还应测出竖直角。有了竖直角，也可以求得测站至目标的高差。所以说，视距测量也是一种能同时测得两点之间的距离和高差的测量方法。视距测量操作简单，作业方便，观测速度快，一般不受地形条件的限制。但视距测量测程较短，测距精度较低，在比较好的外界条件下测距相对精度仅为1/300~1/200，低于钢尺量距的测距精度；测定高差的精度低于水准测量和三角高程测量的。因此，视距测量广泛用于地形测量的碎部测量中。4.2.1视距测量的原理1.视准轴水平时的视距计算公式如图4-4所示，A、B两点间的距离D为待测距离，在A点安置经纬仪，在B点竖立视距尺，使望远镜视线水平（使竖直角为零，即竖直度盘读数为90°或270°），照准B点的视距尺，此时视线与视距尺垂直。图4-4中，p—mn为望远镜十字丝分划板上视距丝的间距，l—MN为视距间隔，f为望远镜物镜的焦距，δ为物镜中心到仪器中心的距离。2.视准轴倾斜时的视距计算公式如图4-5所示,当视准轴倾斜时,由于视线不垂直于视距尺，所以不能直接应用式（4-14）计算视距。由于P角很小，约为34’,所以有人M°M’=a，即只要将视距尺绕视距尺线与望远镜视线的交点。4.2.2视距测量的观测和计算视距测量主要用于地形测量，测定测站点至地形点的水平距离及地形点的高程。视距测量的观测按下列步骤进行：（1）在控制点A上安置经纬仪，作为测站点。量取仪器高i（取至厘米）并抄录测站点的高程HA（取至厘米）。（2）立标尺于欲测定其位置的地形点上，尽量使尺子竖直，尺面对准仪器。（3）一般用经纬仪盘左位置进行观测。（4）按公式计算出水平距离和高差，然后根据A点高程计算出B点高程。4.2.3视距测量的误差分析及注意事顶1.视距测量的误差分析视距测量的主要误差来源有视距丝在标尺上的读数误差、标尺不竖直的误差、垂直角观测误差及外界气象条件的影响等。1）读数误差视距间隔l由上、下丝在标尺上的读数相减而得。由于视距乘常数K=100，因此视距丝的读数误差将扩大100倍地影响所测距离，即若读数误差为1mm，则影响距离为0.1m。所以，在标尺上读数前，必须消除视差，读数时应十分仔细。2）标尺不竖直的误差3）垂直角观测误差4）外界气象条件的影响（1）大气折光的影响。视线穿过大气时会产生折射，使光程从直线变为曲线，造成误差。由于视线靠近地面时折光大，所以规定视线应高出地面1m以上。（2）大气揣流的影响。空气的揣流使视距成像不稳定，造成视距误差。当视线接近地面或水面时，这种现象更为严重，所以视线要高出地面1m以上。2.视距测量的注意事项（1）观测时应抬高视线，使视线高出地面1m以上，以减少垂直折光的影响。（2）为减少水准尺倾斜误差的影响，在立尺时应将水准尺竖直，尽量采用带有水准器的水准尺。（3）水准尺一般应选择整尺，若用塔尺，则应注意检查各节的接头处是否正确。（4）进行竖直角观测时，应注意将竖盘指标水准管气泡居中或将竖盘自动补偿开关打开。在观测前，应对竖盘指标差进行检验与校正，确保竖盘指标差满足要求。（5）观测应在风力较小、成像较稳定的情况下进行。25min4.3电磁波测距电磁波测距（electro-magneticdistancemeasuring，EDM）是利用电磁波作为载波传输测距信号，以测定两点间距离的一种方法。以电磁波测距原理制造的测距仪器称为电磁波测距仪。电磁波测距仪是20世纪中叶问世的一种进行距离测量的新型仪器。经过不断的改进和完善，现代测距仪已具有测量速度快、方便、受地形影响小、测程长、测量精度高等特点。从测距仪与光学经纬仪（或电子经纬仪）组合，到现在的全站仪，可完成角度、距离、高差和坐标测量工作，并且能将测量成果自动地传输到外部存储器中。因此，电磁波测距已被广泛应用于大地测量、工程测量和地形测量中。4.3.1电磁波测距仪的分类电磁波测距仪可以按照采用的载波、测程、测量精度和基本功能进行分类。（1）电磁波测距仪按其所采用的载波划分为①用微波段的无线电波作为载波的微波测距仪；②用激光作为载波的激光测距仪；③用红外光作为载波的红外测距仪。激光测距仪和红外测距仪又统称为光电测距仪。微波测距仪和激光测距仪多属于长程测距仪，测程可达60km，一般用于大地测量；而红外测距仪属于中、短程测距仪（测程为15km以下），一般用于小地区控制测量、地形测量、地籍测量和工程测量等。（2）电磁波测距仪按测程划分为①短程测距仪，测程<5km；②中程测距仪，测程为5~15km；③远程测距仪，测程>15km。（3）电磁波测距仪按测量精度划分为①I级测距仪，mD<5mm；②Ⅱ级测距仪，5mm≤mD≤10mm；③Ⅲ级测距仪，mD>10mm，其中，mD为1km测距的中误差。（4）电磁波测距仪按基本功能划分为①专用型测距仪：测距仪安装在基座上，只用于测量距离。②半站型测距仪：测距仪与光学经纬仪按一定的形式组合安装在三脚架上。测距仪与光学经纬仪组合后的仪器功能较强，便于及时完成距离测量和角度测量以及进行其他数据处理等工作。③全站型测距仪：测距仪与光电经纬仪安装成为组合式的仪器，或者测距仪与光电经纬仪结合成为一体化的仪器。这种仪器能够及时、快速完成距离、角度测量和其他